基于PLAX软件土体本构模型对泵站地基沉降影响分析_朱萱.pdf

第卷第期水 利 科 学 与 寒 区 工 程 ，年月 ，朱萱基于 软件土体本构模型对泵站地基沉降影响分析水利科学与寒区工程，（）：基于 软件土体本构模型对泵站地基沉降影响分析朱萱（江苏省淮沭新河管理处，江苏 淮安 ）摘要：为探讨本构模型对地基沉降计算的影响，以江苏某泵站地基工程为例，基于 有限元软件，分析了传统的摩尔库伦模型（）和小应变土体硬化本构模型（）对地基沉降计算的差异，并通过现场实测数据分析了二者区别。关键词：软件；本构模型；地基监测；地基沉降中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：朱萱（），女，江苏淮安人，工程师，从事泵站运行管理工作。：。工程概况本工程泵站修建的主要目的为灌溉用水，最大设计流量 ，总装机功率，泵站等别为等，泵站规模为小（）型，主要建筑物级别为级，次要建筑物级别为级，洪水标准采用 年一遇设计，年一遇校核。泵站内设台卧式多级离心泵（一用一备），向提水区供水，泵站为一层，布置有中控室、泵站检修区等。本工程根据枢纽总体规划和布置，泵站设座，台水泵，配套台电机。本泵站用电负荷为二级负荷，采用 架空线路接入系统，坝区电源由狮子岩 输电线经架空线路引来，接入点容量、供电线路导线截面积及运行情况均满足可靠性要求，选用 型架空绝缘线，输电距离 。根据工程设计，泵站设计房屋为一层砖混结构，火灾危险性类别为戊类，耐火等级为三等。计算区域图给出了本次工程计算区域，该区域考虑了各相邻建筑的相互影响。图中，计算区域两中心轴长外形尺寸为 ，厂房建筑的结构设计为无框架结构，主要承重结构为纵向和横向墙。地基基础是具有独立截面的条形基础，如图，建 筑 物 包 含 地 下 室，外 墙 的 基 础 宽 度 为 ，隔墙为 。建筑物基础受力荷载为垂直荷载，其强度相对较低，条形基础上的荷载在中轴线上的变化范围在 至 的范围内。图工程计算区域（单位：）数值模型建立本次采用 有限元软件对地基沉降进行分析。提供了多种岩土工程计算模型类型且建模方便，能够较准确的预测各种岩图地基条形基础土和岩体的变形特征，因此广泛用于岩土工程中。分析模型与前述工程计算区域尺寸保持一致，如图。根据现场勘察，开挖后条形基础以下地基第层、层、层主要为砂土，其强度由中等强度渐增至高强度砂土，现场贯入锥体阻力分别为 、。而层、层、层主要为粗砾石，现场贯入锥体阻力 分别为 、。表为本次计算参数 。图数值模型表本次数值计算参数地基层号密度 弹性模量 泊松比黏聚力 内摩擦角（）数值结果分析 理想摩尔库伦模型摩尔库伦本构模型（）为理想弹塑性模型，其参数数量少，可以较好地模拟土体的破坏特性（摩尔库伦强度破坏准则），应用十分方便，被广泛应用到各种领域的岩土工程计算分析当中。其公式推导可参考文献 。表给出了采用 模型计算出的地基各轴线平均沉降。由表可知，地基最 大 平 均 沉 降 主 要 发 生 在 轴 线（）上，为 ，而最小平均沉降主要发生在轴线（）（）的交线上，为 ，二者相差 。对于相对差异沉降（为轴线长度），在轴线（）（）处最明显，达到 ，因此二者结果说明泵站地基在外荷载作用下产生了不均匀沉降，差异沉降越大，建筑刚度越差，与首层紧连基础部分的局部墙体可能会产生细微裂纹。图给出了采用 模型计算出的地基沉降云图。颜色灰度越低，沉降越大。表采用 模型计算出的地基各轴线平均沉降地基轴线平均沉降相对差异沉降 轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）轴线（）轴线（）轴线（）轴线（）轴线（）图采用 模型计算出的地基沉降云图 小应变土体硬化本构模型 （小应变土体硬化本构模型）是 软件中特有的土体本构模型，可以综合更多的参数水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷来计算出结构的受力和变形。除了需要 模型参数外，还需要额外的岩土参数，本次采用的计算参数参考文献 。表给出了采用 模型计算出的地基各轴线平均沉降。由表可知，总体上采用 模型计算出的地基各轴线平均沉降要大于模型的计算结果，模型计算沉降结果对结构设计来说偏保守。使用 模型计算出的地基最大平均沉降发生在轴线（）（）交线上，为 ，而最小平均沉降主要 发 生 在 轴 线（）（）的 交 线 上，为 ，二者相差 。对于相对差异沉降（为轴线长度），在轴线（）处最明显，达到 。对比 模型计算出的地基最大最小沉降发生位置，二者明显不同，因此说明在不同土体本构模型会对地基沉降计算产生较大影响，对增加地基沉降控制的不可靠性，为工程设计带来不确定性，在计算时需要根据土体结构性质仔细分析本构模型的适用性。图为采用 模型计算出的地基沉降云图表采用 模型计算出的地基各轴线平均沉降地基轴线平均沉降相对差异沉降 轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）轴线（）轴线（）轴线（）轴线（）轴线（）监测结果分析为对比模型的适用性，本次采用位移监测手段在各轴线上布置位移传感器，对地基沉降进行监测分析。表给出了 模型和 模型相比于现场实测数据的误差百分比。由表可知，图采用 模型计算出的地基沉降云图模型计算出的地基沉降与现场实测数据更加接近，最大误差控制在 以内，而 模型最大误差可达到 ，因此就本工程而言采用 模型计算地基沉降能够以最少的计算成本，计算出较为准确的沉降数值，对结构设计更加可靠。表模型和 模型与实测数据误差百分比地基轴线模型 模型轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）（）轴线（）轴线（）轴线（）轴线（）轴线（）轴线（）结论本文为探讨本构模型对地基沉降计算的影响，以江苏某泵站地基工程为例，基于 有限元软件，分析了传统的摩尔库伦模型（）和小应变土体硬化本构模型（）对地基沉降计算的差异，并通过现场实测数据分析了二者区别。研究结果表明 模型计算出的地基沉降与现场实测数据更加接近，最大误差控制在 以内，而 模型最大误差可达到 ，因此就本工第期朱萱基于 软件土体本构模型对泵站地基沉降影响分析程而言采用 模型计算地基沉降能够以最少的计算成本，计算出较为准确的沉降数值，对结构设计更加可靠。参考文献：董航凯，晏安平，唐寅黄金峡水利枢纽泵站厂房温控措施研究水利建设与管理，（）：，李盛达水利泵站更新改造工程的电气设备及其自动化黑龙江水利科技，（）：刘锡豪浅析水利泵站工程基坑放坡开挖施工技术中国住宅设施，（）：王艳泵站工程泵室地基加固处理标准化设计中国标准化，（）：袁杰 桩在来安县广大圩泵站地基处理中的应用工程与建设，（）：秦杰，张培成浅谈泵站工程泵室地基加固处理设计河北水利电力学院学报，（）：孟范兵，夏珊珊化家沟泵站局部地基采用木桩复合地基方案论证及设计施工广东水利水电，（）：李佳珊，李小伟谈地基沉陷区沉降监测技术 以哈尔滨群力第一大道及雨污水泵站地基沉陷区沉降监测为例林业科技情报，（）：李海道立式混流排涝泵站水泥土搅拌桩复合地基设计水利规划与设计，（）：杨益水泥粉喷桩在泵站地基处理中的设计计算安徽水利水电职业技术学院学报，（）：，王顺邦淤泥质地基基础沉降的加固山西建筑，（）：庄裕平，李长法，李传名鲁口孜泵站穿堤涵地基沉降量计算及分析治淮，（）：陈新苗安徽省沿江某排涝泵站粘性土垫层地基处理一例治淮，（）：谌呈基于 的高速 公 路 路基 沉降 影响 因 素分析湖南交通科技，（）：，赵影，毛雪松，张腾达，等季节冻融条件下新型筏板地基承载特性的模型试验研究及数值分析工程地质学报，（）：华明，李同春基于三维有限元模拟的水闸地基不均匀沉降监测预警指标研究水利水电技术（中英文），（）：赵园园，左人宇，陆钊，等基坑数值分析中本构模型的对比应用低温建筑技术，（）：刘东，赵运亚，傅鹤林，等粉质黏土小应变硬化本构参数研究公路与汽运，（）：，水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷